高強高性能混凝土的配合比設計方法探討

王晶

【摘 要】本文根據《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011（以下簡稱配合比設計規程），以C60高性能混凝土為例，探討設計規程中對高強混凝土配和比設計存在的問題，結合試驗數據，分析高強高性能混凝土強度的影響因素，提出高強高性能混凝土配合比的設計思路和方法。

【關鍵詞】高強高性能；配合比設計；漿集比；砂率

中圖分類號： TU528 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0065-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.027

Discussion on Mix Design Method of High Strength and High Performance Concrete

WANG Jing

（Guangxi Communications Vocational and Technical College， Nanning Guangxi 530023， China）

【Abstract】According to the Code for Mix Ratio Design of Cement Concrete 2011 （hereinafter referred to as Mix Ratio Design Code）， taking C60 high performance concrete as an example， this paper discusses the problems existing in the mix ratio design of high strength concrete in the design code， analyses the influencing factors of the strength of high strength and high performance concrete based on the test data， and puts forward the high strength. The design thought and method of mix proportion of high performance concrete.

【Key words】High strength and high performance； Mix design； Slurry aggregate ratio； Sand ratio

高強混凝土，是指強度高于C60的混凝土，高性能混凝土，是指坍落度大于180mm以上且工作性能好的混凝土。高強高性能混凝土普遍概念是C60以上的大流動性混凝土，隨著基礎設施建設的發展以及外加劑性能的穩定提高，C60以上的大流動性混凝土的使用越來越普遍。其配合比設計顯得尤為重要。

本文根據《水泥混凝土配合比設計規程》2011（以下簡稱配合比設計規程），以C60高性能混凝土為例，探討設計規程中對高強混凝土配和比設計存在的問題，結合試驗數據，分析高強高性能混凝土強度的影響因素，提出高強高性能混凝土配合比的設計思路和方法。

1 配合比設計規程中高強混凝土配合比設計方法

1.1 混凝土的配制強度的計算

按照配合比設計規程，混凝土配合比設計時首先需計算試配強度，試配強度在C60以上的計算公式為：

fcu.0≥1.15fcu.k

按此公式可發現，對于C60以上的混凝土的配制強度，不再考慮施工水平的波動性，即不體現標準差的影響，這是因為對于C60以上的混凝土的施工來說，都必須嚴格控制施工各環節?；旧鲜┕に降牟▌有圆淮?，波動范圍控制在0.15倍的設計強度中。以C60混凝土為例，混凝土的配制強度為69.0MPa。

1.2 水膠比的計算

按照配合比設計規程中水膠比的計算公式：

其中，fb是膠凝材料的28d實測強度，需要考慮水泥的強度等級、水泥的28d實測強度和其他膠凝材料如粉煤灰、礦粉的質量等級和摻加量。通常由于高強高性能混凝土需要的膠凝材料用量比較大，由于水泥用量的增多會讓水化熱增大，所以摻加其他膠凝材料可以降低水化熱或者延長水化反應的速度從而減小集中時間內的放熱量，從而避免混凝土的內外溫度不均勻而導致的破壞。

當使用P.O52.5水泥時，按照1.12的富裕系數，水泥的28d強度為58.8MPa，計算水膠比為0.41。

1.3 確定單位用水量和膠凝材料用量

C60以上的混凝土的基本上使用的粗集料的公稱粒徑是26.5mm比較多，這是因為，對于需要使用C60高性能混凝土的結構來說，鋼筋的布置一定是密集的，而小于26.5mm的粒徑的粗集料對增加混凝土的強度是不利的。從配合比設計規程中的用水量表中找到推薦的205kg的用水量，在此基礎上按照坍落度每增加20mm用水量增加5kg的經驗值。按照大流動性混凝土180mm的坍落度設計，用水量的經驗基準值是225kg/m3。

膠凝材料的用量計算用單位用水量除以水膠比可計算出。

1.4 確定砂率

按照配合比設計規程，基于60mm的坍落度混凝土，水膠比為0.40時，砂率的范圍是27-34%，按照坍落度每增加20mm，砂率的數值提高1%，計算砂率的數值為38%。按經驗取砂率為42%。假定C60混凝土的計算表觀密度值為2450Kg/m3，得到混凝土中各材料的用量。由于高性能混凝土使用不同減水率的外加劑，用水量變成不確定的數值，從而配合比不同，測得5組相同水膠比、不同材料組成的混凝土的28d強度。如下表1所示。

2 高強混凝土配合比設計中存在的問題

水膠比的大小決定了水泥漿的濃度和稠度，水膠比越小，水泥漿的稠度越大，配制的混凝土的強度越高。這是混凝土水膠比—強度理論。從表1看出，5組配比的水膠比均為0.41，但28d實測強度差別很大，強度沒有遵從水膠比—強度理論；使用外加劑后，減水率越大的配合比，由于用水量的減少，膠凝材料的用量也減少，同時強度變低，說明對于高強混凝土，水膠比不是決定強度的唯一因素。

3 漿集比對高強高性能混凝土強度的影響

漿集比，描述的是水泥漿的數量的多少，水泥漿和集料共同組成了混凝土，水泥漿的的數量和集料的數量是相對的，用漿集比表示。

在混凝土結構中，水膠比的大小決定了水泥漿的稠度，稠度越大，膠凝材料對集料的膠結強度越高，使混凝土的強度提高。而漿集比決定了水泥漿數量的多少，當保持強度的稠度的水泥漿的數量足夠時，水泥混凝土的密實性最好，水泥漿對混凝土的包裹和膠結能力成為整體，混凝土內部的缺陷減少，從而在受到外力時不會因為包裹不夠導致的應力集中而破壞。

水泥漿的數量不是越多越好，水泥混凝土的表觀密度是相對穩定的數值，一般在2350-2450kg/m3，當水泥漿的數量太多時，集料的用量減少，對混凝土的強度也是不利的。能夠讓集料達到最佳的包裹性從而混凝土強度最好的漿集比是個相對固定的數值。按本實驗，配制強度達到C60的漿集比在0.352到0.366之間。本文中使用的粗集料的公稱粒徑是26.5mm。此漿集比的范圍數值還需要已有的配合比大量實際經驗數據統計確定。

4 高強高性能混凝土配合比中的砂率

實踐表明，對于C60以上的高性能混凝土，由于外加劑的影響和密實性的要求，砂率的數值一般在40%以上，但不超過45%。超過45%的砂率對混凝土的強度和工作性都是不利的。砂率的最終確定還體現在基準配合比和實驗室配合比的調整中，因此，砂率的確定在高強高性能混凝土中可以簡化計算。

5C60高性能混凝土的配合簡化計算方法

按照影響強度是水膠比和漿集比理論，在配合比計算時，當確定水膠比后，先確定漿集比，即可確定水泥和水的用量。再確定集料的用量，按此計算方法，大大簡化了高強高性能混凝土的配合比設計，減少了大量的反復驗證工作。

以本文C60高性能混凝土為例，按照混凝土的表觀密度2450kg/m3，計算示例如下：

（1）按照配合比設計規范中公式確定試配強度69.0

（2）按照配合比設計規范中公式計算水膠比0.41，

（3）按照漿集比的0.352到0.366的范圍，選定漿集比0.36，計算水泥漿數量為649kg，按照水膠比為0.41，水泥用量為460kg，用水量為189kg。（假定密度為2450kg/m3）

（4）確定砂率，按照細集料的級配和粗度確定砂率，砂率的范圍為40%-45%；選定砂率為42%，計算砂石用量分別為756kg和1045kg。

5 結論

本文根據試驗數據論證了對于高強高性能混凝土而言，水膠比不是確定強度的唯一因素，必須考慮漿集比對強度的影響，過大和過小的漿集比都對強度是不利的。對于材料固定的水泥混凝土而言，漿集比存在一個最佳數值，確定高強高性能混凝土的漿集比的范圍后，可以簡化配合比設計計算、以及配合比的反復驗證。

在高強高性能混凝土的配合比設計中，必須考慮漿集比的影響。

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